2015一轮复习第三章 牛顿运动定律第5课时实验:验证牛顿运动定律课时练试题及解析答案

1、关于“验证牛顿第二定律”实验中验证“作用力一定时,加速度与质量成反比”的实验过程,以下做法中正确的是(　　)

A.平衡摩擦力时,应将装沙的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上

B.每次改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力

C.实验时,先放开小车,再接通电源

D.可以利用天平测出沙桶和沙的质量m和小车的质量M,直接用公式a=求出加速度

答案：B解析:平衡摩擦力时,使小车的重力沿斜面向下的分力与小车运动所受摩擦力平衡,所以不能将小桶系在小车上,选项A错误.平衡摩擦力后,小车和板间的动摩擦因数μ=tan α(α为板的倾角),与小车的质量无关,所以改变小车的质量时,不需要重新平衡摩擦力,选项B正确.实验时,应先接通电源,待打点稳定后,放开小车,选项C错误.本实验是探究作用力一定时,加速度与质量成反比,不能直接用公式a=求加速度,选项D错误.

2、在“探究加速度与力、质量的关系”实验时,已提供了小车、一端附有定滑轮的长木板、纸带、带小盘的细线、刻度尺、天平、导线.为了完成实验,还须从图中选取实验器材,其名称是　　　　　　　　　　　　　　(漏选或全选得零分);并分别写出所选器材的作用　                 

                                                       　. 

解析:根据实验原理F=ma,必须要用打出的纸带来求a,这就需要学生电源和打点计时器.要测量和改变小车的质量,就要用砝码和钩码;要改变小车受到拉力的大小,需用砝码.

答案:学生电源、电磁打点计时器、钩码、砝码(或电火花计时器、钩码、砝码)　学生电源为电磁打点计时器提供交流电源;电磁打点计时器(电火花计时器)记录小车运动的位置和时间;钩码用以改变小车的质量;砝码用以改变小车受到拉力的大小,还可用于测量小车质量

3、如图(甲)为验证牛顿第二定律的实验装置示意图.

平衡小车所受的阻力的操作:取下　　　,把木板不带滑轮的一端垫高;接通打点计时器电源,轻推小车,让小车拖着纸带运动.如果打出的纸带如图(乙)所示,则应　　　(填“减小”或“增大”)木板的倾角,反复调节,直到纸带上打出的点迹　　　为止. 

解析:平衡小车所受阻力时不挂砝码,由纸带上的点可知小车做加速运动,因此应减小木板倾角,反复调节,直到点迹均匀为止.

答案:砝码　减小　间隔相等(均匀)

4、某个同学分别做“探究加速度与力、质量关系”的实验.如图(甲)所示是该同学探究小车加速度与力的关系的实验装置,他将光电门固定在水平轨道上的B点,用不同重物通过细线拉同一小车,每次小车都从同一位置A由静止释放.

(1)若用游标卡尺测出光电门遮光条的宽度d如图(乙)所示,则d=　　　　cm;实验时将小车从图示位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt,则小车经过光电门时的速度为　　　　(用字母表示); 

(2)测出多组重物的质量m和对应遮光条通过光电门的时间Δt,并算出相应小车经过光电门时的速度v,通过描点作出线性图像,研究小车加速度与力的关系.处理数据时应作出　　　　(选填“vm”或“v2m”)图像. 

解析:根据游标卡尺读数规则,遮光条的宽度d=10 mm+10×0.05 mm=10.50 mm=1.050 cm.由速度定义可知,小车经过光电门时的速度为v=.每次小车都从同一位置A由静止释放,测出小车上遮光条通过光电门时的速度v,在小车质量M远远大于重物的质量m时,小车所受拉力可认为等于mg,由v2=2aL,mg=Ma可得v2与m成正比,因此处理数据时应作出v2m图像.

答案:(1)1.050　　(2)v2m

5、如图所示为“探究加速度与物体受力和质量的关系”实验装置图.图中A为小车,B为装有砝码的托盘,C为一端带有定滑轮的长木板,小车通过纸带与电火花打点计时器相连,计时器接50 Hz交流电.小车的质量为m1,托盘(及砝码)的质量为m2.

(1)下列说法中正确的是　　　　. 

A.每次改变小车质量时,应重新平衡摩擦力

B.实验时应先释放小车后接通电源

C.本实验m2应远大于m1

D.在用图像探究加速度与质量关系时,应作a图像

(2)实验时,某同学由于疏忽,遗漏了平衡摩擦力这一步骤,他测量得到的aF图像如图所示,可能是图中的图线　　　　.(选填“甲”、“乙”或“丙”) 

解析:(1)小车与长木板间的粗糙情况与小车质量无关,所以在同一个实验中,每次改变小车质量,不需重新平衡摩擦力,故选项A错.实验时应先接通电源,后释放小车,故选项B错.本实验要求m1远大于m2,故选项C错.由牛顿第二定律可知a=F,故选项D正确.

(2)由于没有平衡摩擦力,牵引力大于摩擦力才会有加速度,所以可能是图中的图线丙.

答案:(1)D　(2)丙

6、图(甲)为验证牛顿第二定律的实验装置示意图.图中打点计时器的电源为50 Hz的交流电源,打点的时间间隔用Δt表示.在小车质量未知的情况下,某同学设计了一种方法用来探究“在外力一定的条件下,物体的加速度与其质量间的关系”.

(1)完成下列实验步骤中的填空:

①平衡小车所受的阻力:小吊盘中不放物块,调整木板右端的高度,用手轻拨小车,直到打点计时器打出一系列　　　的点. 

②按住小车,在小吊盘中放入适当质量的物块,在小车中放入砝码.

③打开打点计时器电源,释放小车,获得带有点列的纸带,在纸带上标出小车中砝码的质量m.

④按住小车,改变小车中砝码的质量,重复步骤③.

⑤在每条纸带上清晰的部分,每5个间隔标注一个计数点.测量相邻计数点的间距s1、s2、…求出与不同m相对应的加速度a.

⑥以砝码的质量m为横坐标,为纵坐标,在坐标纸上作出m关系图线.若加速度与小车和砝码的总质量成反比,则与m应成　　　　关系(填“线性”或“非线性”). 

(2)图(乙)为所得实验图线的示意图.设图中直线的斜率为k,在纵轴上的截距为b,若牛顿定律成立,则小车受到的拉力为　　　　,小车的质量为　　　　. 

解析:(1)平衡阻力的过程要求给定小车一个速度后,小车做匀速直线运动,所以直到打点计时器打出一系列间距相等的点,则表明小车做匀速直线运动.若加速度与小车和砝码的总质量成反比,则与m应成线性关系.

(2)设小车质量为M,拉力为F,若牛顿定律成立则应满足F=(M+m)a,

可知=m+M,由题可知:k=,b=M,

则F=,M=.

答案:(1)①间距相等　⑥线性　(2)　

7、在探究物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M间的关系时,采用如图所示的实验装置.小车及车中的砝码质量用M表示,盘及盘中的砝码质量用m表示.

(1)当M与m的大小关系满足　　　时,才可以认为绳子对小车的拉力大小等于盘和砝码的重力大小. 

(2)某一组同学保持小车及车中的砝码质量M一定,探究加速度a与所受外力F的关系,这组同学得到的aF关系图像分别如图(甲)和图(乙)所示,其原因分别是:

图(甲):　                                                ; 

图(乙):　                                                。     

解析:(1)实验中的实际加速度为a=,实验时把mg当成对M的拉力,即忽略m对加速度的影响,使加速度约为a=,显然需m?M.(2)若m?M则a=mg,斜率不变,若m偏大(或M偏小),则m不能忽略,a=mg,随m的增大斜率减小,因此,造成图(甲)的原因是没有满足m?M的条件.从题图(乙)可以看到,有了一定的拉力而加速度为零,显然没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够.

答案:(1)m?M

(2)m偏大(或M偏小),造成m不是远小于M　没有平衡摩擦力或木板的倾角过小